光電科研成果轉(zhuǎn)化為光電綜合實驗項目的研究與實踐

李世雄 陳德良 王 添

(貴州師范學院物理與電子科學學院 貴州·貴陽 550018)

光電信息科學與工程專業(yè)簡稱光電專業(yè)，該專業(yè)培養(yǎng)目標是要培養(yǎng)具備良好學習能力、實踐能力、專業(yè)能力和一定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的應(yīng)用型人才。學生動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是專業(yè)培養(yǎng)中非常重要的一個方面。專業(yè)人才培養(yǎng)主要分為理論教學和實驗教學，其中實驗教學作為專業(yè)人才培養(yǎng)的一個重要部分，在實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標方面有著理論教學不可替代的重要作用。

隨著科技進步，光電技術(shù)飛速發(fā)展，在光電專業(yè)實驗教學中，除了一些基礎(chǔ)性強的實驗外，很多實驗較陳舊，已經(jīng)不能滿足時代要求，無法體現(xiàn)最新的光電技術(shù)。另外這些實驗項目的陳舊和滯后導致無法提高學生的學習興趣，也起不到應(yīng)用型人才的培養(yǎng)作用。因此，光電實驗教學改革也刻不容緩。光電專業(yè)教師在教學的同時還能進行科學研究，其科研成果與實際應(yīng)用聯(lián)系緊密，包含了很多光電新方法。將一些可操作性強及較成熟的科研成果進一步設(shè)計成實驗項目，讓學生思考、討論科研成果中新方法的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用；然后在老師的指導下設(shè)計出實驗方案并進行驗證，再讓學生在實際的實驗操作中完善實驗方法、修正實驗方案，最后將實驗項目應(yīng)用到實驗教學中。將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目是教學促進科研、科研反哺教學的重要途徑。科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目在實驗過程中能培養(yǎng)學生學習的主動性及自信心，使學生變被動學習為主動學習；學生能獲得一些本專業(yè)前沿的知識，用以開闊眼界；同時通過這些實驗項目還能激發(fā)學生對本專業(yè)的學習興趣。

科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目得到了大量研究者的研究和探討，[1-4]并結(jié)合實際情況進行了實踐，取得了較好的效果。本文結(jié)合本校光電專業(yè)為新辦專業(yè)的實際以及光電專業(yè)應(yīng)用性強的工科特性，將本專業(yè)教師的科研成果進行歸納總結(jié)，并結(jié)合可操作性要求，設(shè)計出能夠在實驗教學中開展的實驗項目，并通過實驗教學驗證，最終確定為實驗課程中的實驗項目。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 實驗項目現(xiàn)狀

我校光電信息科學與工程專業(yè)為新辦專業(yè)，2016 年開始招生。該專業(yè)實驗教學學分占比達到30%，包含了基礎(chǔ)實驗和專業(yè)性強的實驗。其中的光電綜合實驗是專業(yè)綜合性最強的一門實驗課。光電綜合實驗開設(shè)學期為第5 學期，共48 學時，12 個實驗，每個實驗4 學時。實驗項目包含：晶體聲光效應(yīng)實驗、晶體磁光效應(yīng)實驗、光電探測實驗、氫光譜實驗、光學傳遞函數(shù)測量及像質(zhì)評價、光電定向?qū)嶒灐⒓す馄髅}沖調(diào)Q實驗、光電傳感器實驗、電子及激光散斑實驗、光學/數(shù)字彩色圖像編碼實驗、光纖信息及光纖通信實驗（一）、光纖信息及光纖通信實驗（二）。該實驗課程目的是使學生掌握光電技術(shù)的原理、光電儀器設(shè)備組成以及它們的使用方法，通過實驗對光電技術(shù)基本儀器的特點及使用規(guī)范有初步的了解。因此選擇一些設(shè)計性和工程應(yīng)用性較強的實驗，能培養(yǎng)學生在光電技術(shù)方面的科學實驗?zāi)芰Γ岣邔W生的動手能力和科學研究能力。2016 級學生已經(jīng)在2018 年下半年開設(shè)該課程，開設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題：光纖信息及光纖通信實驗（一）、光纖信息及光纖通信實驗（二）這兩個實驗和光通信原理與技術(shù)實驗課程中開設(shè)的實驗項目基本重復；激光器脈沖調(diào)Q 實驗較單一，且沒有體現(xiàn)激光應(yīng)用。有必要對光電綜合實驗的實驗項目進行優(yōu)化調(diào)整。

1.2 科研成果現(xiàn)狀

學院光電專業(yè)教師科研成果較多，截止2019 年7 月已發(fā)表論文20 余篇（含SCI、EI 收錄、中文核心等期刊），同時還取得了較多國家專利，都是涉及光電方面的研究成果，如《激光誘導等離子體加工石英微通道機理研究》《皮秒激光在熔融石英中誘導微爆炸形成微腔的研究》《動態(tài)大尺度物體形貌光學在線測量技術(shù)研究》《基于數(shù)字全息顯微的海洋浮游生物三維形貌快速重建方法研究》《數(shù)字全息顯微測量中相位畸變的矯正方法》等。[5-9]專業(yè)教師科研成果包含了激光應(yīng)用、數(shù)字全息、相位測量輪廓術(shù)、光譜模擬等方面的研究。

2 科研成果向?qū)嶒灲虒W項目轉(zhuǎn)化

2.1 篩選

光電專業(yè)教師科研成果多、雜、涉及的專業(yè)知識廣，篩選的實驗項目需要滿足下列原則：

（1）重復性、環(huán)保性和安全性。實驗項目中的實驗結(jié)果具有重復性，才能保證實驗項目的開展；實驗過程中還要保證師生的安全以及對環(huán)境無污染。

（2）項目成本。具備實驗項目開展的儀器設(shè)備，且由于需要不停地重復實驗，實驗耗材不應(yīng)該太昂貴。

（3）能激發(fā)學生興趣。教師科研成果較多，篩選出的實驗項目要能激發(fā)學生的學習興趣，促進學生的探究能力。

（4）難度適中，體現(xiàn)光電新技術(shù)和新知識。教師科研成果綜合性強、涉及知識面廣，在設(shè)計實驗項目時需要考慮項目內(nèi)容不能太復雜，又具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，同時能體現(xiàn)最新的光電新技術(shù)。

（5）操作時間。由于實驗教學中一個實驗項目基本都是3-4 個學時，在轉(zhuǎn)化實驗項目時，實驗項目需要在要求的學時內(nèi)能完成。如果實驗時間太長，學生就很難完成教學任務(wù)。

（6）項目開設(shè)時間。教師科研成果綜合性強、涉及專業(yè)知識面廣，將科研成果轉(zhuǎn)化實驗項目后，開設(shè)時間需要考慮學生是否能消化和吸收。對于大一和大二的學生由于接觸的基本都是基礎(chǔ)課程，對專業(yè)課程接觸較少，而大三的學生正好學習了較多專業(yè)課程，具備這一條件。因此實驗項目可考慮開設(shè)在大三以后的實驗課程中。

根據(jù)以上原則，在實際操作中，科研成果轉(zhuǎn)化過程中從以下兩種篩選方式進行：

（1）學生參與到教師科研項目中。光電專業(yè)所在學院除了光電專業(yè)學生外，還有物理學和電子信息專業(yè)，且已有多屆畢業(yè)生。在前期篩選過程中，讓學生申請大學生科研項目或通過業(yè)余科研加入到教師的科研項目中，對教師已經(jīng)取得的科研成果進行設(shè)計和驗證，并在此基礎(chǔ)上進行改進和創(chuàng)新，通過這部分學生對研究成果的消化和吸收，篩選出較為合適的科研成果或科研的某一過程，設(shè)計出不同的實驗項目。

（2）將科研成果融入畢業(yè)論文選題中。在指導學生畢業(yè)論文時，將教師科研引入到學生論文選題中。一個或多個學生的整個論文環(huán)節(jié)（文獻閱讀確定題目，論文題目可行性分析，實驗設(shè)計與實驗，數(shù)據(jù)分析，論文總結(jié)）對應(yīng)著一個實驗項目設(shè)計過程（包含前期調(diào)研，實驗可行性分析，實驗方案設(shè)計，實驗設(shè)備準備與組裝，實驗過程，數(shù)據(jù)分析，重復實驗過程，實驗總結(jié)）。完成一個畢業(yè)論文后，即驗證了一個科研轉(zhuǎn)化的實驗項目。在整個篩選過程中，應(yīng)重視與這些學生的溝通和交流，發(fā)現(xiàn)哪些項目更能激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)新熱情，哪些項目能引導學生自主設(shè)計實驗的能力。通過篩選，得到了科研轉(zhuǎn)化的實驗項目：基于數(shù)字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測量、激光損傷與加工實驗、光譜測量及光譜模擬實驗、相位測量輪廓術(shù)(PMP)實驗、數(shù)字全息測量系統(tǒng)原理實驗、條紋投影三維外形測量實驗。

2.2 驗證與效果

按照以上篩選原則和方式，篩選出學生參與教師科研項目與學生畢業(yè)論文中涉及教師科研成果的大量實驗項目，同時考慮到學院光電設(shè)備的現(xiàn)實情況，分析了實驗項目開展的可行性。我們對光電綜合實驗項目存在的問題進行了分析，教師科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目替換了一些實驗項目，其中實驗項目基于數(shù)字全息顯微的透射型物體表面三維形貌測量替換原有光纖信息及光纖通信實驗（一），相位測量輪廓術(shù)(PMP)實驗替換原有光纖信息及光纖通信實驗（二），原有激光器脈沖調(diào)Q 實驗優(yōu)化為激光損傷與加工實驗。其中的激光實驗，不管是優(yōu)化前還是優(yōu)化后，都是有一定危險性的實驗，該實驗首先需要在實驗指導教師的指導下進行，并做好防護措施；優(yōu)化后的實驗項目更能體現(xiàn)激光的應(yīng)用，有利于激發(fā)學生的興趣。最后，將優(yōu)化后的光電綜合實驗在2017 級光電專業(yè)進行了驗證（2017 級該實驗課程于2019 年9 月開設(shè)），所有這些新實驗項目在實驗教學中取得了良好的效果，能在規(guī)定的實驗學時內(nèi)完成。通過學生反饋，學生在這些新實驗項目中能接觸到光電新知識和前沿的東西，同時能打破學生的科研神秘感，增強學生的自信心和學習興趣。在實驗過程中，提前熟悉科研的整個過程，提高學生獨立思考和獨立動手的能力，進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情。最終實現(xiàn)本專業(yè)的培養(yǎng)目標。

考慮到光電科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目的效果，以及前期光電綜合實驗大綱中實驗項目存在的問題，同時考慮到2018 級光電專業(yè)的該實驗課程還未開設(shè)，我們從2018 級開始對光電綜合實驗大綱進行了修訂，將光電科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目寫入實驗大綱項目中。

3 結(jié)語

本文首先分析了光電專業(yè)光電綜合實驗實驗項目存在的問題，以及光電教師目前的科研成果情況；進一步討論了光電科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目的原則和方式，并篩選出合適的實驗項目。然后將轉(zhuǎn)化的實驗項目在專業(yè)實驗課程中進行驗證，并取得了較好的效果，最后將光電科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目寫入實驗大綱。光電科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目是教學促進科研、科研反哺教學的一個重要體現(xiàn)。整個過程既能激發(fā)學生的學習興趣，又能使教師提高教學、科研能力。該研究對于光電專業(yè)以及其它專業(yè)的實驗教學改革有一定的推動作用。

貴州省教學內(nèi)容與課程體系改革項目：光電科研成果轉(zhuǎn)化為光電實驗教學的研究與實踐，批準號：2018520079)資助的課題